高中生物 蛋白質課件

四、蛋白質1.組成元素和基本組成單位蛋白質主要由C、H、0、N四種元素組成，多數(shù)還含有S。氮是蛋白質的標志性元素，在各種蛋白質中比較接近，平均為16％，因此用凱氏(KJelahl)法定氮測定蛋白質含量時，受檢物質中含蛋白質量為氮含量的6．25倍。

天然存在于蛋白質中的氨基酸共有20種，各種氨基酸(除脯氨酸)在結構上的一個共同特點是，在與羧基相連的碳原子(α-碳原子)上都有一個氨基，因而稱為α-氨基酸，它們的不同之處在于側鏈，即R基的不同。除甘氨酸外，所有氨基酸分子中的α-碳原子都是不對稱的，有L-型和D-型之分。在天然蛋白質中存在的氨基酸都是L-α-氨基酸。

2.氨基酸的結構

3.氨基酸的分類

根據(jù)R基團不同，氨基酸可分為五類：①基團無極性，疏水（6種）：甘氨酸、丙氨酸、纈氨酸、亮氨酸、異亮氨酸、脯氨酸②基團為芳香族，無極性，較疏水（3種）：色氨酸、苯丙氨酸和酪氨酸③基團有極性，不帶電荷，親水（6種）：絲氨酸、蘇氨酸、半胱氨酸、甲硫氨酸、天冬酰胺和谷酰胺④基團帶負電（酸性）（2種）：天冬氨酸、谷氨酸⑤基團帶正電（堿性）（3種）：賴氨酸、精氨酸和組氨酸口訣：天冬谷，賴精組，苯丙色酪芳香族。詩書半擔兩岸有，干餅限量一鋪無。[注]天冬、谷是酸性，賴、精、組是堿性。苯丙、色、酪有苯環(huán)。絲、蘇、半胱、蛋、天冬酰胺、谷酰胺有極性，甘、丙、纈、亮、異亮、脯無極性。根據(jù)成年人的營養(yǎng)需求，20種氨基酸又可分為必需氨基酸和非必需氨基酸。

必需氨基酸是指成年人體內不能合成而必須山食物提供的一類氨基酸，包括亮氨酸、異亮氨酸、纈氨酸、另；氨酸、蛋氨酸、色氨酸、賴氨酸、苯丙氨酸等8種。

精氨酸和組氨酸，在幼兒時期體內合成量滿足不了生長需要，需食物補充，稱為半必需氨基酸。4.氨基酸的主要理化性質

①一般的物理性質α-氨基酸呈無色結晶，在水中溶解度各不相同，易溶于酸、堿，但不溶于有機溶劑。α-氨基酸在中性水溶液中或固體狀態(tài)下主要是以兩性離子的形式存在，即在同一個氨基酸分子上帶有能放出質子的-NH3+正離子和能接受質子的@一C00-負離子。α-氨基酸在中性水溶液中或固體狀態(tài)下主要是以兩性離子的形式存在，即在同一個氨基酸分子上帶有能放出質子的-NH3+正離子和能接受質子的@一C00-負離子。②兩性解離和等電點

當兩性離子氨基酸溶解于水時，其正負離子都能解離，但解離度與溶液的pH值有關。向氨基酸溶液加酸時，其兩性離子的-COO-負離子接受質子，自身成為正離子，在電場中向陰極移動。加入堿時，其兩性離子的一NH3+正離子解離放出質子(與一OH-合成水)，其自身成為負離子，在電場中向陽極移動。當?shù)蚬?jié)氨基酸溶液的pH值，使氨基酸分子上的一NH3+和一C00-的解離度完全相等時，即氨基酸所帶凈電荷為零，在電場中既不向陽極移動也不向陰極移動，此時氨基酸所處溶液的pH值稱為該氨基酸的等電點，以符號pI表示。在等電點時，氨基酸的溶解度最小，容易沉淀，利用這一性質可以分離制備各種氨基酸。③紫外吸收光譜

各種氨基酸在可見光區(qū)都沒有光吸收，在遠紫外區(qū)均有光吸收，而在近紫外光區(qū)僅色氨酸、酪氨酸、苯丙氨酸有吸收能力。其中色氨酸最大吸收波長為279nm，酪氨酸最大吸收波長278nm，苯丙氨酸最大吸收波長為259nm。利用紫外光法可以測定這些氨基酸的含量。氨基酸不但α-氨基、α-羧基能參加反應，而且有的側鏈R基團也能參加化學反應，因此可以發(fā)生的反應很多。如：α-氨基能與茚三酮反應產(chǎn)生藍紫色沉淀(脯氨酸和羥脯氨酸則產(chǎn)生黃色沉淀)；α-氨基可與亞硝酸反應產(chǎn)生氮氣，在標準條件下測定氮氣體積，即可計算出氨基酸的量；一些氨基酸的R基團能與特殊的試劑發(fā)生呈色反應。④重要的化學反應

5.蛋白質已確認的蛋白質結構有不同層次，人們?yōu)榱苏J識的方便通常將其分為一級結構、二級結構，超二級結構、結構域、三級結構及四級結構。

1）蛋白質結構⑴一級結構蛋白質的一級結構又稱為初級結構或化學結構，是指蛋白質分子內氨基酸的排列順序。蛋白質分子中氨基酸主要通過肽鍵相互連接,氨基酸聚合物叫做肽

多肽鏈上各個氨基酸由于在相互連接過程中丟失了α-氨基上的H和α-羧基上的OH，被稱為氨基酸殘基多肽鏈的一端氨基酸含有一個未反應的游離氨基(一NH2)，稱為肽鏈的氨基末端氨基酸或N末端氨基酸，另一端的氨基酸含有一個尚未反應的游離羧基(一COOH)，稱為肽鏈的羧基末端氨基酸或C末端氨基酸。一般表示多肽時總是:N末端寫在左邊，C末端寫在右邊肽鏈中除肽鍵外還有二硫鍵，它是由肽鏈中相應部位上兩個半胱氨酸脫氫連接而成，是肽鏈內和肽鏈間的主要橋鍵。⑵二級結構二級結構是指多肽鏈本身繞曲折疊成的有規(guī)律的結構或構象,這種結構是以肽鏈內或肽鏈間的氫鍵來維持的常見的二級結構有α-螺旋、β-折疊、β-轉角、自由繞曲等四種α-螺旋多肽鏈中氨基酸殘基以100°的角度圍繞螺旋軸心盤旋上升，每3．6個殘基就旋轉一圈，螺距為0．54nm，即每個殘基沿螺旋體中心軸上升0．15nm；右手旋轉；多肽鏈內的氫鍵由肽鏈中第一個肽鍵的一CO的氧原子與第四個肽鍵的一NH的氫原子組成，每個氫鍵所形成的環(huán)內共有13個原子，這種螺旋稱為3．613.一條多肽鏈能否形成α-螺旋以及形成的螺旋體的穩(wěn)定程度與R基團大小、帶電狀況等有關.如多聚賴氨酸在pH7．0時，R基團帶正電相互排斥，破壞螺旋形成，而在pH12時則能自發(fā)形成α-螺旋。又如肽鏈內相鄰殘基是異亮氨酸、纈氨酸、亮氨酸等時，由于R基團較大，會阻礙α-螺旋形成。多聚脯氨酸則由于肽鍵上不具有亞氨基氫，無法形成氫鍵，因此多肽鏈中只要有脯氨酸殘基，α-螺旋即被中斷，使多肽主鏈產(chǎn)生一個“結節(jié)”。

β-折疊分兩種類型，一是平行式，即所有肽鏈N端都在同一端，另一類是反平行式，即肽鏈的N端一順一反地排列。β-折疊結構的肽鏈幾乎是完全伸展的，鄰近兩鏈以相反或相同方向平行排列成片層狀。兩個氨基酸殘基之間的軸心距離為0．35nm，β-折疊結構的氫鍵是由兩條肽鏈中一條的一C0基與另一條的一NH基形成。絲蛋白的二級結構主要是β-折疊β-轉角蛋白質分子的多肽鏈上經(jīng)常出現(xiàn)180°的回折，在這種肽鏈的回折角上就是β-轉角結構，由第一個氨基酸殘基的一CO與第四個氨基酸殘基的一NH形成氫鍵。自由繞曲是指沒有一定規(guī)律的松散結構，酶的功能部位常常處于這種構象區(qū)域中⑶超二級結構與結構域是二級結構與三級結構的過渡型構象。是指若干相鄰的二級結構中的構象單元彼此相互作用，形成有規(guī)則的、在空間上能辨認的二級結構組合體。通常有βαβ、βββ、αα、ββ等。結構域是指多肽鏈在超二級結構基礎上進一步繞曲折疊成緊密的球狀結構，在空間上彼此分隔的各自具有部分生物功能的亞結構。一般情況下，酶的活性部位位于兩個結構域之間的裂縫中。⑷三級結構纖維狀蛋白質一般只有二級結構，而球狀蛋白質在二級結構的基礎上，經(jīng)過超二級結構和結構域，進一步組裝成三級結構

維持三級結構的作用力主要是一些次級鍵，包括氫鍵、鹽鍵、疏水鍵和范德華力等。其中疏水鍵在維持蛋白質的三級結構上有突出作用。⑸四級結構四級結構是指蛋白質分子內具有三級結構的亞單位通過氫鍵、鹽鍵、疏水鍵和范德華力等弱作用力聚合而成的特定構象。亞單位，又稱亞基，是指那些在化學上相互獨立但自身又具有特定構象的，共同構成同一蛋白質的肽鏈。如血紅蛋白有四個不同的亞基，這4個亞基以一定形式結合在一起，形成特定的構象，即是四級結構。2）蛋白質的理化性質⑴膠體性質蛋白質相對分子質量很大，在水溶液中所形成的顆粒具有膠體溶液的特征，如布朗運動、丁達爾現(xiàn)象、不能通過半透膜等。溶液中，蛋白質膠體顆粒帶有相同電荷，彼此排斥；而且顆粒表面極性分子能與水分子形成一層水膜，將蛋白質顆粒相互隔開，因此蛋白質顆粒比較穩(wěn)定，不易沉淀。⑵兩性電解質蛋白質分子除了肽鏈兩端有自由的α-氨基和α-羧基外，許多氨基酸殘基的側鏈上存有不少可解離的基團，所以蛋白質是兩性電解質。在酸性溶液中蛋白質帶正電，在堿性淀液中蛋白質帶負電。當溶液達到某一pH值時，蛋白質所帶正負電荷相等，這時溶液的pH值叫做蛋白質的等電點(pI)。一般含酸性氨基酸較多的蛋白質，等電點偏酸；含堿性氨基酸較多的蛋白質，等電點偏堿?？梢愿鶕?jù)不同的蛋白質的等電點，用電泳法分離蛋白質。⑶沉淀反應如果在蛋白質溶液加入適當試劑，破壞了蛋白質的水膜或中和蛋白質的電荷，則蛋白質膠體溶液就不穩(wěn)定而出現(xiàn)沉淀現(xiàn)象.引起沉淀反應的試劑有高濃度鹽類(如硫酸銨、硫酸鈉、氯化鈉等，稱為鹽析)，有機溶劑(如酒精、丙酮)，重金屬鹽(如硝酸銀、醋酸鉛、三氯化鐵等)，某些生物堿試劑(如苦味酸、單寧酸等).⑷變性蛋白質因受物理或化學因素的影響，其分子的空間結構改變，導致其理化性質、生物活性都發(fā)生改變，這種現(xiàn)象稱為蛋白質的變性。能使蛋白質變性的化學因素有強酸、強堿、重金屬離子、尿素、酒精、丙酮等；能使蛋白質變性的物理因素有加熱震蕩或攪拌、超聲波、紫外線及X射線照射等。蛋白質生物活性的喪失是蛋白質變性的主要特征，變性后的蛋白質最明顯的理化性質改變是溶解度降低。變性過程中不發(fā)生肽鍵斷裂和二硫鍵的破壞，因而不發(fā)生一級結構的破壞；而主要發(fā)生氫鍵、疏水鍵的破壞，使肽鏈的有序的卷曲、折疊狀態(tài)變?yōu)樗缮o序。⑸紫外吸收蛋白質在280nm的紫外光下，有最大吸收峰。這主要是由于肽鏈中酪氨酸和色氨酸的R基團引起的?？梢杂米贤饩€分光光度法測定蛋白質在280nm的光吸收值來測定蛋白質的含量。⑹變構作用含2個以上亞基的蛋白質分子，如果其中一個亞基與小分子物質結合，那么不但該亞基的構象發(fā)生改變，而且其他亞基的構象受影響也發(fā)生變化，結果整個蛋白質分子的構象乃至活性均會改變，這一現(xiàn)象稱為變構作用(或別構作用)。如：血紅蛋白有4個亞基，當02與其中一個亞基結合后，即引起該亞基的構象的改變，進而又會引起另外三個亞基構象發(fā)生變化，結果整個分子構象改變，使所有亞基更易于與氧結合，大大加快血紅蛋白與氧結合的速度。⑺呈色反應蛋白質分子中因含有某些特殊的結構或某些特殊氨基酸殘基，能與多種化合物發(fā)生顏色反應3）蛋白質的分類⑴蛋白質的化學分類根據(jù)蛋白質的分子組成可將蛋白質分為簡單蛋白質和結合蛋白質兩大類。簡單蛋白質完全水解的產(chǎn)物為α-氨基酸，即只由α-氨基酸組成